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VGB PowerTech - All rights reserved - Alle Rechte vorbehalten - © 2019 62 Flexibilität und erneuerbare Energien in Fernwärmesystemen VGB PowerTech 6 l 2019 Autoren Abstract Flexibility and renewable energies in district heating systems – increasing demand due to the “Wärmewende” Today, district heating already plays an impor- tant role in the heating market and is crucial for the current efforts of energy and climate policy. Especially in urban areas, the integration of re- newable energies into existing district heating systems is the most ecologically and economi- cally reasonable option for increasing the share of renewable energies in the heating sector. The necessary further development of existing dis- trict heating systems towards sustainable and – with regard to sector coupling – flexible sys- tems is, however, a great challenge for district heating utilities. Since district heating is in competition with individual heating systems in the heating market, financial challenges cannot be tackled by raising customer prices. There- fore, the decarbonization of district heating systems currently takes place mainly through a fuel change from coal to gas. Since neither the expansion of sectoral coupling nor the greater flexibility of district heating systems on the elec- tricity side can generate significant earnings contributions for companies in the current reg- ulatory and energy environment, there is hard- ly any further development of these two aspects. To counter this, the flexibility of a combined heat and power district heating system would have to be given a higher value. Furthermore, district heating and heating systems of individ- ual objects need to be treated equally, a so called “level-playing-field” needs to be created. l Flexibilität und erneuerbare Energien in Fernwärmesystemen – steigende Anforderungen durch die Wärmewende Marc Jüdes und Nico Schmitt Dr.-Ing. Marc Jüdes Abteilungsleiter Fernwärme und Umwelt- dienstleistungen M.Sc. Nico Schmitt EnBW Energie Baden-Württemberg AG Stuttgart, Deutschland Einleitung Die Wärmeversorgung hat in Deutschland einen Anteil von etwa 54 % [1] am End- energieeinsatz. Sie stellt damit einen we- sentlichen Hebel für die Erreichung der Klimaschutzziele dar, zu denen sich Deutschland verpflichtet hat. Obwohl durch die Fernwärme, also die lei- tungsgebundene Wärmeversorgung vor allem in städtischen Ballungszentren, nur knapp 14 % [2] der Wohngebäude versorgt werden, wird Fernwärmeversorgungssys- temen eine große energie- und klimapoliti- sche Bedeutung zugesprochen: Aufgrund ihrer integrierten Wertschöpfungsstruktur (Erzeugung, Transport/Verteilung und Kunde) mit bereits bestehenden Erzeu- gungsstandorten nahe am Kunden ermög- lichen diese Systeme nämlich integrierte, systemische Optimierungsansätze. Syste- mische Ansätze, also das abgestimmte Zu- sammenspiel von Erzeugung und Kunden- bedarf, werden wiederum als eine wesent- liche Voraussetzung für eine verstärkte Integration erneuerbarer Energien gese- hen. Viele wissenschaftliche Untersuchun- gen zum Thema Wärmeversorgung, z.B. die von Agora Energiewende in Auftrag gegebene Studie „Wert der Effizienz im Ge- bäudesektor in Zeiten der Sektorkopp- lung“, empfehlen daher auch einen Ausbau der Fernwärmeinfrastruktur [3]. Neben den Vorteilen einer integrierten Wertschöpfungsstruktur stellt das Gesamt- system Fernwärme heute bereits eine stark ausgeprägte Kopplung der Sektoren „Wär- me“ und „Strom“ dar: Seit Langem schon werden Fernwärmeversorgungssysteme zu einem großen Anteil (im bundesweiten Durchschnitt über 80 %) aus Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) mit Wärme versorgt [2]. In Fernwärmeversorgungssystemen muss jederzeit der Wärmebedarf im Versor- gungssystem passgenau bedient werden können. Die dafür notwendige Flexibilität wird durch das KWK-Prinzip, sowie durch unterschiedliche Erzeugungstechnologien, Anlagengrößen und unterschiedliche Brennstoffe sichergestellt. Auf dieser Grundlage können in Anlehnung an §1 des Energiewirtschaftsgesetzes die Anforde- rungen an eine sichere, preisgünstige und effiziente Energieversorgung garantiert werden. Für zukunftsfähige Fernwärmeversor- gungssysteme sollen neben den Kerneigen- schaften der Fernwärmeversorgung auch solche Eigenschaften weiter ausgebaut werden, die auf die Eigenschaften eines vo- latilen Strommarktes reagieren können und somit (strom-) netzdienlich eingesetzt werden können. Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist dieses Vorgehen sinnvoll, da – sich durch die technisch verhältnismä- ßig einfach und wirtschaftlich relativ günstig zu realisierende Speicherung von Wärme die Wärmeerzeugung zeit- lich von der Kundenversorgung entkop- peln lässt, die KWK-Anlagen sich somit als flexibel steuerbare Stromerzeugungsanlagen nutzen lassen und – diese somit auch auf eine volatile Stromeinspeisung erneuerbarer Energi- en reagieren können. In der Praxis lässt sich jedoch feststellen, dass eine Dekarbonisierung Fernwärme- versorgungsunternehmen vor einige Her- ausforderungen stellt und insbesondere der Ausbau der gewünschten Sektorkopp- lung aktuell kaum zu erkennen ist. Status Quo in Fernwärmeversorgungssystemen Ein Fernwärmeversorgungssystem stellt ein integriertes Versorgungssystem dar. Dieses besteht aus den Fernwärmeerzeu- gungsanlagen, den Wärmetransport- und –verteilleitungen und den Kundenanlagen. Historisch haben sich Fernwärmeversor- gungssysteme ausgehend von zentralen Erzeugungsstandorten entwickelt. Diese stellen auch heute noch bei den meisten Fernwärmeversorgern die hauptsächlichen Erzeugungsstandorte dar. Typischerweise finden sich an solchen Standorten einige wenige Erzeugungsanlagen, die haupt-

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Flexibilität und erneuerbare Energien in Fernwärmesystemen VGB PowerTech 6 l 2019

Autoren

Abstract

Flexibility and renewable energies in district heating systems – increasing demand due to the “Wärmewende”

Today, district heating already plays an impor-tant role in the heating market and is crucial for the current efforts of energy and climate policy. Especially in urban areas, the integration of re-newable energies into existing district heating systems is the most ecologically and economi-cally reasonable option for increasing the share of renewable energies in the heating sector. The necessary further development of existing dis-trict heating systems towards sustainable and – with regard to sector coupling – flexible sys-tems is, however, a great challenge for district heating utilities. Since district heating is in competition with individual heating systems in the heating market, financial challenges cannot be tackled by raising customer prices. There-fore, the decarbonization of district heating systems currently takes place mainly through a fuel change from coal to gas. Since neither the expansion of sectoral coupling nor the greater flexibility of district heating systems on the elec-tricity side can generate significant earnings contributions for companies in the current reg-ulatory and energy environment, there is hard-ly any further development of these two aspects. To counter this, the flexibility of a combined heat and power district heating system would have to be given a higher value. Furthermore, district heating and heating systems of individ-ual objects need to be treated equally, a so called “level-playing-field” needs to be created. l

Flexibilität und erneuerbare Energien in Fernwärmesystemen – steigende Anforderungen durch die WärmewendeMarc Jüdes und Nico Schmitt

Dr.-Ing. Marc JüdesAbteilungsleiter Fernwärme und Umwelt-dienstleistungenM.Sc. Nico SchmittEnBW Energie Baden-Württemberg AG Stuttgart, Deutschland

Flexibilität und erneuerbare Energien in Fernwärmesystemen

Einleitung

Die Wärmeversorgung hat in Deutschland einen Anteil von etwa 54 % [1] am End-energieeinsatz. Sie stellt damit einen we-sentlichen Hebel für die Erreichung der Klimaschutzziele dar, zu denen sich Deutschland verpflichtet hat.

Obwohl durch die Fernwärme, also die lei-tungsgebundene Wärmeversorgung vor allem in städtischen Ballungszentren, nur knapp 14 % [2] der Wohngebäude versorgt werden, wird Fernwärmeversorgungssys-temen eine große energie- und klimapoliti-sche Bedeutung zugesprochen: Aufgrund ihrer integrierten Wertschöpfungsstruktur (Erzeugung, Transport/Verteilung und Kunde) mit bereits bestehenden Erzeu-gungsstandorten nahe am Kunden ermög-lichen diese Systeme nämlich integrierte, systemische Optimierungsansätze. Syste-mische Ansätze, also das abgestimmte Zu-sammenspiel von Erzeugung und Kunden-bedarf, werden wiederum als eine wesent-liche Voraussetzung für eine verstärkte Integration erneuerbarer Energien gese-hen. Viele wissenschaftliche Untersuchun-gen zum Thema Wärmeversorgung, z.B. die von Agora Energiewende in Auftrag gegebene Studie „Wert der Effizienz im Ge-bäudesektor in Zeiten der Sektorkopp-lung“, empfehlen daher auch einen Ausbau der Fernwärmeinfrastruktur [3].

Neben den Vorteilen einer integrierten Wertschöpfungsstruktur stellt das Gesamt-system Fernwärme heute bereits eine stark ausgeprägte Kopplung der Sektoren „Wär-me“ und „Strom“ dar: Seit Langem schon werden Fernwärmeversorgungssysteme zu einem großen Anteil (im bundesweiten Durchschnitt über 80 %) aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) mit Wärme versorgt [2].

In Fernwärmeversorgungssystemen muss jederzeit der Wärmebedarf im Versor-gungssystem passgenau bedient werden können. Die dafür notwendige Flexibilität wird durch das KWK-Prinzip, sowie durch unterschiedliche Erzeugungstechnologien, Anlagengrößen und unterschiedliche

Brennstoffe sichergestellt. Auf dieser Grundlage können in Anlehnung an §1 des Energiewirtschaftsgesetzes die Anforde-rungen an eine sichere, preisgünstige und effiziente Energieversorgung garantiert werden.Für zukunftsfähige Fernwärmeversor-gungssysteme sollen neben den Kerneigen-schaften der Fernwärmeversorgung auch solche Eigenschaften weiter ausgebaut werden, die auf die Eigenschaften eines vo-latilen Strommarktes reagieren können und somit (strom-) netzdienlich eingesetzt werden können. Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist dieses Vorgehen sinnvoll, da

– sich durch die technisch verhältnismä-ßig einfach und wirtschaftlich relativ günstig zu realisierende Speicherung von Wärme die Wärmeerzeugung zeit-lich von der Kundenversorgung entkop-peln lässt,

– die KWK-Anlagen sich somit als flexibel steuerbare Stromerzeugungsanlagen nutzen lassen und

– diese somit auch auf eine volatile Stromeinspeisung erneuerbarer Energi-en reagieren können.

In der Praxis lässt sich jedoch feststellen, dass eine Dekarbonisierung Fernwärme-versorgungsunternehmen vor einige Her-ausforderungen stellt und insbesondere der Ausbau der gewünschten Sektorkopp-lung aktuell kaum zu erkennen ist.

Status Quo in Fernwärmeversorgungssystemen

Ein Fernwärmeversorgungssystem stellt ein integriertes Versorgungssystem dar. Dieses besteht aus den Fernwärmeerzeu-gungsanlagen, den Wärmetransport- und –verteilleitungen und den Kundenanlagen. Historisch haben sich Fernwärmeversor-gungssysteme ausgehend von zentralen Erzeugungsstandorten entwickelt. Diese stellen auch heute noch bei den meisten Fernwärmeversorgern die hauptsächlichen Erzeugungsstandorte dar. Typischerweise finden sich an solchen Standorten einige wenige Erzeugungsanlagen, die haupt-

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sächlich die Brennstoffe Kohle oder Erdgas verwenden. Darüber hinaus kommen als wesentliche Brennstoffe Abfall, Heizöl, Biomasse und Strom zum Einsatz.In B i l d 1 , linke Seite („Status Quo“), ist beispielhaft ein solches Fernwärmeversor-gungssystem dargestellt. Die Fernwärme wird in diesem realitätsnahen Beispiel durch eine kohlegefeuerte KWK-Anlage mit einer Fernwärmeleistung von 200 MW und einer elektrischen Leistung von 300 MW erzeugt.Üblicherweise werden in Deutschland Fernwärmesysteme nach dem (n-1)-Prin-zip abgesichert. Das bedeutet, dass der Ausfall der größten Fernwärmeerzeu-gungseinheit in dem jeweiligen System bei der jeweiligen Auslegungstemperatur im-mer noch durch die bestehenden weiteren Anlagen im System kompensiert werden kann. In B i l d 1 ist dies dadurch gewähr-leistet, dass drei weitere Kesselanlagen an dem Standort betrieben werden: Zwei gas-gefeuerte Anlagen mit insgesamt 100 MW Fernwärmeleistung und ein kohlegefeuer-ter Kessel mit weiteren 100 MW Fernwär-meleistung.Theoretisch könnte das so dargestellte Er-zeugungssystem, je nach Erzeugungstech-nologie, unabhängig vom Wärmebedarf der Fernwärmekunden zwischen 0 und 300 MW elektrisch erzeugen. Es weist so-mit, die entsprechende Erzeugungstechno-logie vorausgesetzt (hier also Entnahme-Kondensationsturbinen), einen großen Stromüberbau auf, der flexibel für die Sek-torkopplung genutzt werden könnte.Neben einer hohen Flexibilität ist für die weitere Entwicklung von Fernwärmever-sorgungssystemen der Anteil erneuerbarer Energien von wesentlicher Bedeutung. Heute liegt deren Anteil in städtischen Fernwärmenetzen zwar bereits bei über 13 %, und damit deutlich oberhalb des durchschnittlichen Anteils erneuerbarer Energien bei der städtischen Wärmeversor-

gung von rd. 1 % [2]. Da ein hoher Anteil der erneuerbaren Wärme in urbanen Bal-lungszentren aus der Wärmeauskopplung von Abfallverbrennungsanlagen stammt [4], stellt eine weitere Erhöhung des An-teils erneuerbarer Energien erhebliche technische und energiewirtschaftliche He-rausforderungen dar. Erschwerend kommt hinzu, dass zur effizienten Einbindung er-neuerbarer Wärme (z.B. Wärmepumpen, Abwärmenutzung, solarthermische Anla-gen) oftmals zusätzlich deutlich niedrigere Netztemperaturen benötigt werden, als sie in den jeweiligen Netzen vorherrschen. Historisch bedingt befinden sich gerade in Städten Heißwassernetze mit Vorlauftem-peraturen oberhalb von 100 °C und zum Teil sogar noch Dampfnetze, die nicht sel-ten auch zur Prozessdampf- und -wärme-bereitstellung dienen [5].Um die Kapazität eines Fernwärmenetzes beizubehalten, müssen bei einer Netztem-peraturabsenkung sowohl Vor- als auch Rücklauftemperaturen abgesenkt werden. Dies ist jedoch in bestehenden Netzen nur bis zu einem gewissen Grad möglich. Bei größeren Temperaturänderungen müssen in der Regel signifikante Änderungen an den Kundenanlagen vorgenommen wer-den. Daher muss für eine erfolgreiche Transformation hin zu einem regenerati-ven Fernwärmesystem neben der Erzeu-gungsseite auch ein besonderes Augen-merk auf die Netz- und Kundenseite gelegt werden.

Herausforderungen bei der Transformation zu nachhaltigen Fernwärmesystemen

Viele Untersuchungen zeigen auf, dass die leitungsgebundene Wärmeversorgung durch Fernwärmesysteme einen wesentli-chen Bestandteil der Energiewende in städtischen Ballungszentren darstellt – al-lein schon deswegen, weil es im hochver-

dichteten städtischen Raum wenige mit technisch realistischem Aufwand machba-re Alternativen gibt. Einigkeit besteht im Wesentlichen auch darüber, dass Fernwär-mesysteme nach einem ersten Schritt (Kohleausstieg) und der anschließenden vollständigen Dekarbonisierung (abge-schlossene Transformation) durch ein weitgefächertes Spektrum an Wärmeer-zeugungstechnologien gekennzeichnet sein werden. Demnach setzt sich ein Fern-wärmeversorgungssystem der Zukunft aus effizienten (bio-)gasgefeuerten KWK-Anla-gen, Power-to-Heat-Anlagen (z.B. Wärme-pumpen) und Anlagen mit erneuerbaren Energien (z.B. Biomasse, Solarthermie oder Geothermie) zusammen, die in Nie-dertemperaturnetze einspeisen. Neben dem Einsatz nachhaltiger Erzeugungstech-nologien und einer erhöhten industriellen Abwärmenutzung spielt auch die kunden-seitige Erhöhung der wärmeseitigen Flexi-bilität eine wichtige Rolle, da Kunden zu-künftig ebenfalls flexibel auf die energie-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen reagieren oder gesteuert werden (De-mand-Side-Management).Anreize für eine entsprechende Entwick-lung sind z.B. in den Ausschreibungen für innovative KWK-Systeme (iKWK) im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWK-Gesetz) vorgesehen.Für die meisten Fernwärmeversorger be-deutet dies große Veränderungen in der Erzeugungsstruktur, in den Netzen und in der Kundenversorgung. Neben den rein technischen Herausforderungen (z.B. Flä-chenknappheit, Temperaturanforderun-gen, Verfügbarkeit) sind dabei vor allem wesentliche Fragen bezüglich der Kosten-allokation (Anlegbarkeit im Wärmemarkt) und der regulatorischen Rahmenbedin-gungen (Fördermechanismen, Besteue-rung, CO2-Handelspflicht) zu klären. Speziell im Hinblick auf die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien ist in Ta b e l -l e   1 erkennbar, dass die Integration erneu-erbarer Energien kein energietechnischer und -wirtschaftlicher „Selbstläufer“ ist.Es ist offensichtlich, dass sich die zukünfti-gen Erzeugungstechnologien derzeit auf-grund des Platzbedarfs, der Steuerbarkeit, des notwendigen technischen Aufwands für die Einbindung und letztendlich der Kosten noch nicht grundsätzlich gegen-über konventionellen Systemen durchset-zen können. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht stellen sich aktuell nahezu alle nach-haltigen Technologien in den meisten Fäl-len als unwirtschaftlich dar, jedenfalls so lange, wie technisch einwandfrei funktio-nierende Erzeugungsanlagen ersetzt wer-den sollen. In der Praxis erfolgt die Dekar-bonisierung von Fernwärmeversorgungs-systemen daher hauptsächlich durch den Brennstoffwechsel von Kohle auf Erdgas.Festzuhalten bleibt: Die vollständige Trans-formation eines Fernwärmeversorgungs-systems im Sinne des vorgenannten Ziel-

Status Quo Transformation

Stromerzeugungsanlage Stromerzeugungsanlage

1x

2x

3x

3x

2x

4x

Heizkesselanlagen Heizkesselanlagen

300 MWel

200 MWth

30 MWel

30 MWth

100 MWth

100 MWth

100 MWth

120 MWth

Gaskessel

Gas-BHKWs

Gaskessel

Gaskessel

Bild 1. Anlagenkonfiguration eines beispielhaften Fernwärmestandorts (Fernwärmehöchstlast 200 MW). Links: aktuelle Anlagenkonfiguration, rechts: mögliche Anlagenkonfiguration nach einem Kohleausstieg. In beiden Fällen ist der Ausfall der größten Wärmeerzeugungs-anlage abgesichert.

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bilds ist für den jeweiligen Fernwärmever-sorger oftmals eine sehr große Herausforderung. Sie ist allerdings tech-nisch lösbar und unter den gegebenen Randbedingungen im Vergleich zu Einzel-heizungssystemen oftmals die ökologischs-te und gleichzeitig volkswirtschaftlich kos-tengünstigste Option zur Erreichung der Klimaziele.

Aktuelle Entwicklung in der Fernwärmeversorgung

Branchenweit erfolgen derzeit Überlegun-gen, wie die praktische Umsetzung der De-karbonisierung mittel- bis langfristig erfol-gen kann. In vielen Fällen besteht der erste Schritt darin, größere kohlegefeuerte Frischwärmeerzeuger und KWK-Anlagen durch gasgefeuerte KWK-Anlagen, häufig Gasmotoren, und Spitzenlastkessel zu er-setzen. Wie bereits erläutert, stellt dies in vielen Fällen aus heutiger Sicht die einzige wirtschaftlich umsetzbare Möglichkeit ei-ner Dekarbonisierung dar. Anders sind die aktuellen und mindestens auch mittelfristi-gen Anforderungen der Kunden insbeson-dere an die Versorgungssicherheit, die Er-zeugungsleistungen und die Vorlauftempe-raturen kaum sicherzustellen.Beispielhaft für diese Entwicklung seien die Stadtwerke Flensburg, die Stadtwerke Kiel, KWM Mainz-Wiesbaden und die EnBW in Stuttgart-Gaisburg genannt, die zusammen 33  Gasmotoren installiert ha-ben und die Dekarbonisierung durch den Umstieg von Kohle auf Gas realisieren.Auch über das Ausschreibungsregime des KWK-Gesetzes lassen sich ähnliche Ent-wicklungen erkennen: Sowohl in der regu-lären Ausschreibung als auch in der Aus-schreibung für iKWK dominieren Gasmo-toren.Die Entwicklung hin zu kleineren, am Wär-mebedarf orientierten Anlagen, bringt für Fernwärmeversorger zwei Vorteile mit sich: Einerseits verringert sich die instal-lierte Fernwärmeerzeugerleistung auf-grund der kleineren Stückelung der Erzeu-

geranlagen und der damit verbundenen Verringerung der benötigten Absiche-rungsleistung deutlich. Andererseits ver-ringern sich mögliche negative Ergebnisef-fekte aus der Stromproduktion von gasge-feuerten Anlagen aufgrund der niedrigeren Stromerzeugungsleistung.

Dekarbonisierungsmaßnahmen, Flexibilität und Versorgungssicherheit des Energiesystems

Obwohl die beiden vorgenannten Aspekte betriebswirtschaftlich klar nachzuvollzie-hen sind, gibt es jedoch aus volkswirt-schaftlicher Sicht eindeutige Nachteile: Wenn ein großer Anteil der Anlagen den gleichen Brennstoff verwendet und sich ähnlich verhält, dann sinkt dadurch ten-denziell die Flexibilität des Gesamtsystems (alle Anlagen verhalten sich gleich) und die Abhängigkeit von der Gasversorgungs-sicherheit steigt deutlich an.Wenn also zukünftige Fernwärmeversor-gungssysteme nachhaltig, dezentral und flexibel sein sollen und darüber hinaus eine starke Sektorkopplung aufweisen sol-len, dann stellt sich die Frage, wieso die aktuellen Dekarbonisierungsmaßnahmen im Fernwärmebereich diesen Anforderun-gen nur zum Teil erfüllen und insbesonde-re eine verstärkte Sektorkopplung kaum zu beobachten ist.Anhand eines realitätsnahen Beispiels (vgl. B i l d 1 ) werden nachfolgend die Gründe hierfür erläutert.

– Verringerung des Leistungsüberhangs. Durch den Rückgang der installierten Fernwärmeerzeugerleistung werden die Systeme zukünftig enger an ihren Gren-zen und damit grundsätzlich unflexibler gefahren.Beispiel: Obwohl die Spitzenlast gleich bleibt reduziert sich die installierte ther-mische Leistung durch die Transformati-on von 400 MW auf 250 MW – im We-sentlichen bedingt durch die kleinere Anlagenstückelung und das dadurch an-

gepasste Absicherungskonzept. Bei einer Fernwärmelast in Höhe von 200 MW müssen nach der Transformation im Fal-le eines Gaskesselausfalls zwingend alle verbleibenden Gaskessel und mindes-tens zwei BHKWs gefahren werden. Im Status Quo können die Anlagen bei ei-nem Heizkesselausfall deutlich flexibler gefahren werden, da die benötigte Leis-tung von 200 MW entweder vollständig aus der KWK-Anlage oder aus einer Kom-bination aus KWK-Anlage und verblei-benden Heizkesseln bereitgestellt wer-den kann.

– Verringerung der Brennstoffvielfalt.Die Anlagen in einem Erzeugungspark werden sich immer ähnlicher und die vorhandene Brennstoffvielfalt nimmt ab, da Kohleanlagen aus betriebswirtschaft-lichen Gründen hauptsächlich durch Gasanlagen ersetzt werden. Somit kann der Erzeugungspark weniger flexibel auf unterschiedliche Rahmenbedingungen reagieren.Beispiel: Die im Beispiel gezeigte Verän-derung von kohlegefeuerten KWK-Anla-gen auf Gasmotoren findet bei vielen Fernwärmeversorgern statt. Somit nimmt zum einen die Flexibilität inner-halb eines Erzeugungsparks ab, da zu-künftig ein Brennstoff entfällt. Zusätzlich wird der Einsatz der KWK-Anlagen deutschlandweit immer ähnlicher, da die Fernwärmeversorger gleiche Technologi-en mit gleichen Brennstoffen einsetzen. In jedem Fall steigen die Anforderungen an eine gesicherte Gasversorgung.

– Reduzierung der Sektorkopplung.Das Ersetzen großer kohlegefeuerter KWK-Dampfkraftanlagen durch kleintei-ligere gasgefeuerte Gasmotoren führt zu einer deutlich verringerten maximalen Stromauskopplung. Eine geringere Fle-xibilität wärmeseitig (vgl. Punkt 1) und die geringere mögliche Stromauskopp-lung führen zu einer Verringerung der Sektorkopplung zwischen dem Strom- und Wärmesektor.Beispiel: Der Ersatz der großen kohlege-feuerten KWK-Anlage mit einer elektri-schen Leistung von 300 MW durch drei BHKWs mit einer elektrischen Gesamt-leistung von 30 MW führt zu einer Re-duktion der verfügbaren elektrischen Leistung um 270 MW, welche somit dem Strombereich und der Sektorkopplung nicht mehr zur Verfügung steht.

– Rückgang von Flächen.Aufgrund der Knappheit von bezahlba-rem Wohnraum in vielen urbanen Regio-nen entstehen Begehrlichkeiten, die durch einen Brennstoffwechsel nicht mehr genutzten Kohlehalden als Konver-sionsflächen für Wohnbebauungen zu verwenden. Diese Flächen stünden so-mit zukünftig nicht mehr für die Neuer-richtung von Energieversorgungsanla-gen zur Verfügung.

Tab. 1. Qualitative Bewertung von Optionen zur Einbindung erneuerbarer Energien in Fernwärme-versorgungssystemen im Vergleich zu typischen Fernwärmesystemen (Kohle- und Gas-KWK, historisch gewachsene Netzstrukturen, Vorlauftemperaturen > 100 °C etc.). Großflächen-solarthermie hier in Verbindung mit saisonalem Wärmespeicher.

Biomasse HKW Großflächen- solarthermie

Geothermie Power-to-Heat Industrie-abwärme

CO2-Emissionen + ++ ++ + ++

Platzbedarf Erzeugungs- anlage

- -- + - +

Existenz Energiequelle / Steuerbarkeit

0 - - 0 -

Kosten -- 0 - - -/+

Einbindung / 0 - 0 - -

Umbau

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Fazit

Eine hohe Flexibilität sektorgekoppelter Fernwärmeversorgungssysteme mag sich in Studien als wesentlicher Hebel für die Umsetzung der Energiewende darstellen. In der Praxis lässt sich dies jedoch nicht oder nur sehr eingeschränkt beobachten. Für eine erfolgreiche Wärmewende ist je-doch gerade in städtischen Ballungszent-ren eine Fernwärmeversorgung zur De-ckung des Wärmebedarfs alternativlos. So steigt beispielsweise nach der Agora Studie „Wärmewende 2030“ der Anteil der Wär-meversorgung aus Wärmenetzen am Ge-bäudewärme-Mix von 9 % im Jahr  2015 auf 20 % im Jahr  2030 [6]. Neben dem Fernwärmeausbau ist auch die Transfor-mation der Fernwärmeversorgungssyste-me hin zu nachhaltigen, und im Hinblick auf eine Sektorkopplung flexiblen Syste-men essentiell zur Erreichung der Klima-ziele.Diese aus volkswirtschaftlicher Sicht sinn-vollen Ziele lassen sich jedoch bei der Um-setzung im Einzelnen bei den Fernwärme-versorgungsunternehmen nur bedingt er-kennen. Eine wesentliche Ursache hierfür ist, dass die Fernwärme, bei allen berech-tigten Anforderungen an sie, im Wettbe-werb im Wärmemarkt steht. Die erhebli-chen technischen und finanziellen Heraus-forderungen, die mit einer entsprechenden Transformation verbunden sind, lassen

sich jedoch derzeit beim Wärmeendkun-den preislich nicht darstellen.

Vor diesem Hintergrund verwundert es nicht, dass die Dekarbonisierung der Fern-wärmeversorgungssysteme derzeit im We-sentlichen durch einen betriebswirtschaft-lich darstellbaren Brennstoffwechsel von Kohle auf Gas vorangetrieben wird, wel-cher sich negativ auf die Flexibilität des Wärmesystems auswirkt. Um die volks-wirtschaftlich effiziente Transformation bestehender Fernwärmesysteme hin zu stark sektorgekoppelten integrierten Ver-sorgungssystemen zu ermöglichen, müsste der Flexibilität eines Wärmesystems daher ein deutlich höherer Wert beigemessen werden.

Dreh- und Angelpunkt für eine Umsetzung der Anforderungen an Fernwärmesysteme wird letztendlich sein, wie sich die Fern-wärme im regulatorischen Umfeld gegen-über den Wettbewerbstechnologien positi-onieren kann. Hierfür ist ein so genannntes „level-playing-field“ im Wärmebereich un-erlässlich, welches zu einer Gleichbehand-lung der Fernwärmeversorgung und der Versorgung von Einzelobjekten führt. Nur wenn beide Systeme den gleichen Anforde-rungen gerecht werden müssen, lassen sich am Ende Flexibilität und eine verstärkte Sektorkopplung auch umsetzen, ohne zu „Ausweichbewegungen“ auf andere Tech-nologien zu führen. Ein level-playing-field

könnte z.B. durch eine umfassende und vor allem einheitliche Bepreisung von CO2-Emissionen für alle Heizungssysteme, ei-nen Ausbau entsprechender Förderpro-gramme oder durch andere regulatorische Maßnahmen geschaffen werden.

Literaturverzeichnis[1] Bundesministerium für Wirtschaft und

Energie. (2018). https://www.bmwi.de/Re-daktion/DE/Infografiken/Energie/Energieda ten/Energiegewinnung-und-Energiever-brauch/energiedaten-energiegewinnung-ver-brauch-09.html

[2] BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (2017). Zukunft Wär-menetzsysteme. Berlin.

[3] ifeu, Fraunhofer IEE und Consentec (2018): Wert der Effizienz im Gebäudesektor in Zeiten der Sektorenkopplung. Studie im Auftrag von Agora Energiewende

[4] Energy Brainpool. (2017). Beitrag Thermi-scher Abfallbehandlungsanlagen zur Energie-wende. Im Auftrag von Interessengemein-schaft der Thermischen Abfallbehandlungs-anlagen in Deutschland e.V. (ITAD). Berlin.

[5] Schneller, A., Frank, L., & Töpfer, K. (2017). Wärmenetze 4.0 im Kontext der Wärmewen-de. Analyse der Regelungs- und Förderland-schaft innovativer Wärmesysteme. adelphi.

[6] Fraunhofer IWES/IBP. (2017). Wärmewende 2030. Schlüsseltechnologien zur Erreichung der mittel- und langfristigen Klimaschutzziele im Gebäudesektor. Studie im Auftrag von Ago-ra Energiewende. Berlin. l

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RDS-PP® – Application Guideline Part 41: Power to GasRDS-PP® – Anwendungsrichtlinie Teil 41: Power to Gas1. Ausgabe 2018 – VGB-S-823-41-2018-07-EN-DE (Englisch/Deutsche Ausgabe) DIN A4, 160 Seiten, Preis für VGB-Mit glie der* € 280,–, für Nicht mit glie der € 375,–, + Ver sand kos ten und MwSt.

For efficient project planning, development, construction, operation and maintenance of any industrial plant, it is helpful to structure the respective plant and assign clear and unambiguous alphanumeric codes to all assem-blies and components. A good designation system reflects closely the structure of the plant and the interaction of its individual parts.

This VGB-Standard applies to the designation of the Power to Gas plants according to the Reference Designation System for Power Plants RDS-PP® in accordance with the international sector specific standard ISO/TS 81346-10 for power plants. This guideline is addressed to those responsible for the design and operation of Power to Gas plants e.g. plan-ners, operators, legal authorities, suppliers, manufacturers, service providers, experts, research institutions, etc.

Für eine effiziente Abwicklung der Aufgaben von Planung, Entwicklung, Bau, Betrieb und Instandhaltung einer industriellen Anlage, ist es hilfreich, die Anlage zu gliedern und die einzelnen Anlagenteile klar und eindeutig mit einem alphanumerischen Kennzeichen zu versehen. Eine gute Kenn-zeichensystematik bildet die Struktur der Anlage und das Zusammenwirken ihrer einzelnen Teile genau ab.Dieser VGB-Standard gilt für die Kennzeichnung von Power to Gas Anlagen nach dem Referenzkennzeichensystem RDS-PP® in Übereinstimmung mit der internationalen Fachnorm DIN ISO/TS 81346-10 für Kraftwerke. Die Anwendung der VGB Richtlinien für die Kennbuchstaben nach VGB-S-821-00 (früher VGB-B 101) und VGB-B 102 ist verbindlich.Diese Richtlinie wendet sich an die für Planung und Betrieb von Power to Gas Anlagen Verantwortlichen, z. B. Planer, Betreiber, Genehmigungs-behörden, Lieferanten, Hersteller, Serviceprovider, Sachverständige, Forschungseinrichtungen etc.

* Für Ordentliche Mitglieder des VGB ist der Bezug von eBooks im Mitgliedsbeitrag enthalten.

VGB-S-823-41-2018-07-EN-DE

VGB-Standard

RDS-PP®

Application Guideline Part 41: Power to GasAnwendungsrichtlinie Teil 41: Power to Gas

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